Характер «короля пластмасс» связали с тактичностью и происхождением

Фото: open-dubna.ru

Коллектив учёных, в том числе из Института синтетических полимерных материалов РАН и МФТИ , выяснил, как «правильность» молекул полипропилена и способ обработки влияют на механические свойства конечного изделия. С  помощью этих знаний можно на стадии синтеза задавать материалу нужные свойства: от эластичности до твёрдости. Работа опубликована в журнале Polymer.

Помягче или пожёстче?

Полипропилен иногда называют «королём пластмасс», потому что он используется повсеместно. По  объёмам производства среди полимеров его обгоняет только полиэтилен. Из  полипропилена можно получать материалы с широким спектром свойств: от эластичных резинок до высокопрочного пластика, — немного меняя структуру молекул. Однако взаимосвязь между химическим строением и механическими свойствами по прежнему до конца не установлена.

Рисунок: полимерные цепочки. Красными кругами выделены кристаллиты

Полимерные материалы способны к метаморфозам благодаря их строению. Полимеры  — это длинные молекулярные цепочки, причём цепочки могут быть разной длины. Если материал представляет собой аморфную кашу из молекул, то он будет очень мягким. Но  части цепочек могут сцепляться и образовывать так называемые кристаллиты. Кристаллиты  — это участки, где атомы строго упорядочены, как в кристаллах. Кристаллиты служат узлами, скрепляющими цепочки, и чем их больше, тем прочнее сетка из цепочек и тем жёстче материал. Чтобы цепочки связывались, у структуры молекул должна быть определённая особенность.

Как тактично

Рисунок: три варианта тактичности: изотактичность, синдиотактичность и атактичность. Оранжевые и зелёные шарики обозначают CH3 и H

Химическая формула полипропилена  — цепочка, звеньями которой служит пропилен  (пропен). А  пространственная структура молекулы определяется тем, как звенья расположены по отношению друг к другу. Если их «хвостики» CH3 смотрят в одну сторону, это называется изотактичностью, если по очереди смотрят то в одну, то в другую  — синдиотактичностью, а если никакой закономерности нет, говорят об атактичности. Изотактические участки хорошо скрепляются друг с другом, поэтому чем их больше, то есть чем выше изотактичность полипропилена, тем прочнее должен быть материал. Химики-синтетики могут получать полипропилен с определённой степенью изотактичности. Как именно связаны между собой изотактичность и механические свойства материала  — вопрос, который поставили перед собой авторы исследования.

Рисунок: Пентада полимера

Установленный закон

Степень изотактичности полимеров измеряется процентным содержанием пентад. Пентада  — это изотактический участок молекулы, состоящий из пяти звеньев. Учёные изучали полипропилен с разной степенью изотактичности: 25, 29, 50, 72, 78, 82 и >95%. Из  этого полипропилена получали образцы в виде тонких плёнок толщиной 0,5–0,7  мм двумя способами: в одном случае расплавленный материал закаляли холодной водой, а в другом  — медленно остужали со скоростью 3 градуса в минуту. Полипропиленовые плёнки растягивали со скоростью 10  мм/мин с помощью специальной тестовой машины. На  основе механических тестов для каждого образца построили кривую деформации. Поведение образцов при деформации зависело от их изотактичности и предыстории. Эту закономерность учёные отобразили с помощью зависимости модуля упругости от степени кристалличности. Чем выше модуль упругости, тем неподатливее материал. Степень кристалличности  — это содержание кристаллитов в материале по отношению к аморфной части. Кроме этого, учёные показали, что у закалённых и медленно охлаждённых образцов кристаллиты находятся в разной форме.

Рисунок: график зависимости модуля упругости Е от степени кристалличности. Буквами Q и S обозначены закалёные и медленно охлаждённые образцы соответственно, M и ZN  — разные виды катализаторов, а числа  — степени изотактичности образцов

«Многие пытаются улучшать свойства полипропилена, потому что отдача очень большая: его выпускают миллионами тонн. Можно чуть-чуть изменить структуру цепи или начальные условия и получить материал с необходимыми свойствами. Во  время синтеза можно задать структуру молекулы, но оказывается, что задавая структуру молекулы, вы задаёте свойства сетки, а задавая свойства сетки, вы задаёте свойства материала. Это самый главный вывод, который мы делаем в статье. Сейчас мы проделываем подобную работу над не менее популярным полимером  — полиэтиленом»,  — комментирует автор статьи, преподаватель МФТИ и ведущий научный сотрудник лаборатории функциональных полимерных структур ИСПМ РАН Максим Щербина.

Работа выполнена в рамках гранта РНФ 14-13-01402.

Источник

Добавить комментарий Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.

Имя (обязательное)

E-Mail (обязательное)

Сайт

Подписаться на уведомления о новых комментариях


Обновить

Отправить Отменить JComments Автор: Татьяна Небольсина
 
По теме
Летние каникулы в музее - Администрация г. Лыткарино Каждое лето Лыткаринский музей посещают дети из городских школьных оздоровительных лагерей.
21.06.2018
 
 
Летние каникулы в музее - Администрация г. Лыткарино Каждое лето Лыткаринский музей посещают дети из городских школьных оздоровительных лагерей.
21.06.2018 Администрация г. Лыткарино
Министерство инвестиций и инноваций Московской области подвело итоги конкурса на предоставление субсидий на создание и дооснащение Центров молодёжного инновационного творчества в Подмосковье.
21.06.2018 Авиаград Жуковский
В наше время без знаний основ работы в Интернете не обойти почти никому, поэтому МосОблЕИРЦ и Сбербанк проводят открытый обучающий семинар для пожилых людей о возможностях сети,
21.06.2018 Орехово-Зуевская правда
Ходим как хочется… - Газета Вперёд Ходить по путям — это во многом экстремальный «спорт» с риском для жизни.
21.06.2018 Газета Вперёд
Куда смотрит «Большой брат»? - Газета Вперёд Камеры наружного наблюдения стали частью нашей жизни, к счастью или к параноидальному сожалению.
21.06.2018 Газета Вперёд
Железнодорожный районный суд Ростова-на-Дону в четверг отказал в иске Анжеле-Марии Цапок в снятии ареста с $6 млн, наложенного в обеспечение исков потерпевших по уголовному делу банды Сергея Цапка из станицы Кущёвской.
21.06.2018 Газета Новые Известия
Танк Т-72 установили на постамент на мемориале воинской славы в поселке Колюбакино.
21.06.2018 Красное знамя
Сотрудникам правоохранительных органов разрешили изымать телефоны, компьютеры и другие гаджеты, которые использовались для совершения преступления даже без приговора суда.
21.06.2018 Газета Новые Известия
На сцене клуба «Майдановский» выступил Александр Олешко - Серп и Молот На сцене Дома культуры «Майдановский» актер и телеведущий Александр Олешко с оркестром «Инструментальная капелла» представили зрителю новый проект Московской областной филармонии «Руслан и Людмила» на поэму А.С.
21.06.2018 Серп и Молот
22 июня – самая скорбная дата в истории нашего государства. 77 лет назад в этот день началась война, унёсшая около 30 миллионов жизней советских людей, только треть из которых были военнослужащими,
21.06.2018 Павлово-Посадские известия
В 2017 году на базе Детской школы искусств № 1 им. Г.В. Свиридова было создано новое отделение «Музыкальный театр».
21.06.2018 Газета Факт
В Химках открылась регистрация на турнир по FIFA18. Соревнования в дисциплине 1×1 среди молодежи пройдут 30 июня под крытой сценой в парке культуры и отдыха им.
21.06.2018 Долгие Пруды
Ходить по путям — это во многом экстремальный «спорт» с риском для жизни.
21.06.2018 Газета Вперёд
В канун 77-й годовщины начала Великой Отечественной войны в Павловском Посаде вспыхнули «Свечи памяти» - Павлово-Посадские известия 22 июня – самая скорбная дата в истории нашего государства. 77 лет назад в этот день началась война, унёсшая около 30 миллионов жизней советских людей, только треть из которых были военнослужащими,
21.06.2018 Павлово-Посадские известия
Дорожные службы Подмосковья завершили ремонт на 51 участке региональных дорог общей протяженностью свыше 120 километров, включенных в программу по результатам народного голосования на портале «Добродел».
21.06.2018 Клинский район
Составлен график отключения горячего водоснабжения на период профилактического ремонта и обслуживания при подготовке к осенне-зимнему периоду 2018-2019 годов по Городскому округу Подольск котельных МУП «Подольская теплос
22.06.2018 Администрация г.Подольск
22 июня – самая скорбная дата в истории нашего государства. 77 лет назад в этот день началась война, унёсшая около 30 миллионов жизней советских людей, только треть из которых были военнослужащими,
21.06.2018 Павлово-Посадские известия
В г. о. Истра завершился ремонт путепровода на 2,5 километре региональной автодороги «Волоколамское шоссе-Онуфриево-Орешки-Колюбакино» Специалисты подрядной организации завершили ремонт путепровода на 2,5 километре ре
21.06.2018 Истринские ВСети